Intelegerea noastra a cosmologiei s-a extins foarte mult in ultimii ani. Pe de-o parte, observatiile detaliate ale radiatiei cosmice de fond ne-au aratat o imagine a universului pe cand acesta era un “bebelus”, la 300 000 de ani dupa Big Bang. La acea vreme, universul era relativ neted – nu existau bulgari de materie, cum ar fi galaxii, stele sau planete. Pe de alta parte, progresele tehnologice in cazul telescoapelor radio, optice si cu raze x, ne-au permis sa observam proprietatile detaliate ale galaxiilor si quasarilor la distante fara precedent. In prezent, aceste instrumente le permit astronomilor sa sondeze universul in vremea cand acesta avea doar un miliard de ani. In aceasta perioada, protogalaxiile incepusera sa fuzioneze pentru a forma galaxiile si clusterele de galaxii pe care le vedem astazi.
Ultima frontiera a cosmologiei este explorarea perioadei de timp in care s-au format primele protogalaxii si quasarii, si anume, epoca intunecata. Aceasta epoca s-a dovedit a fi una greu de studiat. Protogalaxiile sunt distante si extrem de slab iluminate – in plus, mare parte din lumina lor este absorbita pe masura ce calatoreste spre noi. Indiciile fascinante oferite de Sonda Anizotropica cu Microunde Wilkinson si de Studiul Digital al Cerului Sloan sugereaza ca aceste obiecte s-ar putea sa fie extrem de diferite fata de orice altceva putem observa in universul apropiat. De exemplu, primele protogalaxii se pot forma prin mecanisme diferite de cele prin care s-a format Calea Lactee, iar stelele din interiorul acestor obiecte ar putea sa fie de sute de ori mai masive decat soarele nostru.
SKA si primele sursa de lumina din univers
Seria de Kilometri Patrati va studia proprietatile detaliate ale primelor obiecte luminoase din univers. Cand structura a inceput sa se formeze pentru prima oara, cea mai mare parte a gazului din univers era distribuit in mod uniform si era neutru din punct de vedere electric. O proprietate speciala a hidrogenului neutru este aceea ca produce o radiatie slaba la o lungime de unda de 21 centimetri. In aceste vremuri timpurii, tot gazul din univers ar fi vizibil prin aceasta tranzitie.
Cu toate acestea, odata ce primele obiecte au crescut, lumina lor a ionizat buzunarele de gaz din jurul lor, oprind emisia de 21 de centimetri din aceste regiuni. Astronomii au denumit acest eveniment important drept “reionizare”. SKA va fi capabil sa faca poze ale emisiei de 21 de centimetri in multe epoci diferite, inainte, in timpul si dupa reionizare, obtinand informatii detaliate despre formarea primelor structuri din univers. Acesta va oferi cele mai bune masuratori ale caracteristicilor primelor surse de lumina din univers.
Incercarile de a observa primele obiecte luminoase din univers au fost timp de multi ani un stimulent important al astronomiei, in general, si al cosmologiei, in special. Interesul fata de aceste obiecte a crescut recent, odata cu observatiile Sondei Anizotropice cu Microunde Wilkinson si existenta quasarilor cu o deplasare spre rosu mare, selectati din Studiul Digital al Cerului Sloan. Acestia din urma au aratat dovezi ale unei cresteri bruste in fractiunea neutra a mediului intergalactic, sugerand ca epoca reionizarii se incheie in acest moment. Pe de alta parte, Sonda Anizotropica cu Microunde Wilkinson a gasit o imprastiere de electroni surprinzator de mare in radiatia cosmica de fond. Reconcilierea acestor observatii impune ca reionizarea sa fie un proces complex, unde sursele de radiatii ionizante au caracteristici diferite din punct de vedere calitativ (si dependente de timp) fata de toate galaxiile pe care le putem observa in prezent.
Emisia de 21 de centimetri si deplasarea spre rosu
Seria de Kilometri Patrati va oferi imagini detaliate ale formarii structurii si reionizarii prin observatii ale liniei de hidrogen neutru de 21 de centimetri si deplasarea sa spre rosu. Spre deosebire de constrangerile din radiatia cosmica de fond, linia de 21 de centimetri le permite oamenilor de stiinta sa separe contributiile de la diferite deplasari spre rosu. Astfel, prin observatiile de multifrecventa pot fi construite harti tridimensionale ale gazului neutru din univers. Asemenea harti sunt esentiale pentru studierea dependentei de timp a reionizarii.
Emisia de la un petic de mediu intergalactic depinde de temperatura, densitatea si fractiunea neutra. Atunci cand primele surse de lumina se aprind, mediul intergalactic va fi vizibil mai intai in absorbtie si apoi in emisie, pe masura ce aceste surse isi incalzesc mediul inconjurator. Fluctuatiile din cer le va arata oamenilor de stiinta cum creste structura (prin variatii de densitate) si cum are loc incalzirea (fie prin socuri sau radiatii de la primele obiecte). Protogalaxiile deasemenea vor ioniza buzunarele de gaz din jur, oprind emisia de 21 de centimetri din jurul obiectelor luminoase. Modelul gazului ionizat si al celui neutru, precum si evolutia sa in timp, ne va invata despre sursele responsabile pentru reionizare.
SKA va avea capacitatea de a face spectre de inalta rezolutie ale surselor radio cu deplasare spre rosu mare. Intr-un univers in intregime neutru, absorbtia de catre tranzitia de 21 de centimetri joaca un rol analog fata de absorbtia in universul ionizat din apropiere. Aceste spectre vor furniza informatii importante despre evolutia timpurie a retelei cosmice, despre cresterea regiunilor ionizate din jurul protogalaxiilor, si deasemenea vor oferi singura modalitate directa de observare a halourilor in miniatura (mici palcuri de materie neagra si gaz din mediul intergalactic, care sunt prezise de multe teorii ale formarii structurii).
